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有機高分子材料應用

利用奈米微粉末之應用以增加高分子材料之抗紫外線、吸收遠紅外線、抗菌除臭、導電及抗靜電或抗電磁波等特殊機能。

 

nano organic surface

初期的奈米只能代表流行

值此奈米科技還未完全成熟的時代,市面上許多產品都已冠上奈米兩個字。現在的奈米產品,只能算是一種傳達「這是最流行的」意思,這與早期流行「原子」的時候很類似。(圖:荷花效應)

第二次世界大戰剛結束,原子彈使人印象深刻,緊接著原子時代來臨,原子物理學成為最熱門的學問,當時剛上市的鋼珠筆稱為原子筆,新布料做成的長褲稱為原子褲。總之,現在流行的奈米冰箱、奈米馬桶,多少也和原子筆一樣,在名稱上帶有很強的流行意味。

謝謝你 費曼先生

最早提出奈米想法的,是加州理工學院獲得 1965 年諾貝爾物理學獎的理查‧費曼(Richard Phillips Feynman, 1918-1988)。一九五九年,費曼先生在該校召開的美國物理學會年會中演講,他鼓勵年輕學者努力把東西做小,只要東西一直往下縮小,就有機會騰出很大的發展空間。由於當時許多預測的想法現在都已實現,人們便開始注意奈米材料與技術的應用,於是,一個使尺度不斷往下縮小的革命──奈米科技,就這麼開始了。

在人類文明發展史中,農業時代、銅器時代、鐵器時代都與技術提升有關。西元前兩千年,人類使用的器具以農具為主,關心的長度單位只到公分。一七五O年工業革命開始,機械、齒輪出現,大部分機械以公厘計算。一九六○年微電子時代來臨,電晶體、積體電路出現,人類進入微米時代。現在,新一代的人類想要掌握更小的奈米尺寸,亦渴望理解小尺寸世界的規則,以便擁有全新的技術能力,進而創造一個全新時代。


奈米技術的發展可從半導體看起。臺灣生產的積體電路體積一直在縮小中。世界上最早出現的電晶體體積很大,比真空管小不了多少,之後,開始慢慢往下縮小。英代爾公司在二OOO年十二月對外表示,已開發出迄今世界上最小最快的電晶體晶片,厚度僅30奈米,相當於三百個原子疊在一起的厚度。這項突破將使電腦晶片速度在今後的五到十年內,提高至二OOO年的十倍,英代爾宣稱,新處理器製造的產品將在二OO五年以後推出上市。


八O年代以後,人類開始發展原子操控技術,由於原子力顯微鏡、掃瞄式電子顯微鏡等高科技儀器發明,促使人類對微觀世界有了更進一步的認識。科學家對於這些極細小的東西,除了想要看到以外,還希望能操控它,這就把人類推向了奈米世界的研究領域。研究奈米技術需要物理、化學、工程及材料等多方面的豐富知識與經驗,加上跨領域的技術整合,終而促成奈米材料研發的趨勢。

東西變小以後有什麼好處呢?第一個好處是,它的表面積與體積的比值(即比表面積)變大了。一個球形顆粒的比表面積通常與直徑成反比,東西愈小,直徑愈小,比表面積就愈大,因此很適合用來做催化劑。第二個好處是具有量子力學上所謂的小尺寸效應,例如金、銀之類的導體,當中的電子通常呈現波動特性,導體尺寸變小以後,波動性質就更為顯著。此外,由於表面積增加,束縛能量下降,使得物質本身變軟。而東西變小以後,又可摻入其它物質中,成為一種更為堅硬的複合材料。

新世紀的超級纖維──奈米碳管


奈米碳管被稱為是二十一世紀的「超級纖維」,也是奈米材料中頗具代表性的物質之一。一根奈米碳管,直徑大約1.4奈米,可用來製造奈米級電子線路。

傳統電視機的映像管很笨重,在機器後端占了很大空間,只要其中一部分壞掉,就看不到電視畫面。高中課本中曾提到尖端放電原理──把導體頂端做得很尖,當有足夠電壓時,便從尖端放電。利用此方法,可先用化學沈積法把奈米碳管「長」在一片很薄的半導體表面上,然後釋放電流,進行尖端放電;當釋出的電子打到螢光幕時即出現光點。這樣的電視螢幕可以很薄,而且是由非常多的奈米碳管放電所組成,只要碳管受損比率在30%內,仍可看到電視畫面。

資料來源:《科學發展》2004年01月,373期,44~49頁